一种石墨烯电极片及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯电极片及其制备方法，该方法包括步骤：将石墨烯与离子液体混合后超声分散处理，得到稳定的石墨烯悬浮液；将石墨烯悬浮液作为电解液，往电解液中平行插入两个相同材质的铝箔或铜箔分别作为阳极和阴极电极，并电连接后施加电压，取下阴极电极，得到石墨烯电极片。本发明提供的制备方法，使用离子液体能够较好的分散石墨烯，且沉积后的石墨烯，层间存在一定的离子液体，有利于改变石墨烯与电解液的相容性，有利于提高容量；通过电沉积的方法制备的电极片，可以省去复杂的涂布工艺，工艺简单，且不用粘结剂，因此能够有效的降低集流体与活性材料层之间的接触内阻，进而降低超级电容器的等效串联电阻，最终提高功率密度。
【专利说明】一种石墨烯电极片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电化学材料领域，尤其涉及一种石墨烯电极片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]超级电容器是一种新型能量存储装置，具有高功率密度(为普通电池的10倍以上)、高循环寿命(循环次数可达10万次以上)、快速充放电性能好等优点，被广泛应用于军事领域、移动通讯装置、计算机、以及电动汽车的混合电源等。通常超级电容器的主要由电极活性物质层、电解质、隔膜、集流体、外壳等组装而成。现有的超级电容器的能量密度一般比较低，超级电容器的能量密度的影响因素主要有电极材料的电容，体系的电压，电极材料占电极活性物质层、集流体、外壳材料组成的总重量的比重，因此，增加电极材料的储能性能和降低器件各个组成材料的重量可以有效提高器件的性能。其中，降低集流体的质量是一个有效的提高能量密度的方法。
[0003]由于石墨烯内碳原子层之间存在着很强的π-π堆积和范德华力，因此，在制备电极材料的过程中，很容易发生团聚。且由于石墨烯本身性质的关系，其与离子液体电解液有着较差的相容性，导致其在作为电极材料使用时，发挥容量较低；传统制备电极片的工艺较为复杂，而且加入一定的粘结剂，绝缘的粘结剂的加入不仅降低了材料的导电性，还极大的降低了材料的比表面积，因而影响了石墨烯自身的电容特性。
[0004]石墨烯可通过一定的方法制备成石墨烯电极片，同时其高的机械性能和高电导率，因此可以在不加入任何粘结剂和金属集流体的情况下，被直接应用于超级电容器电极中。但是，现有石墨烯一般是与其他金属集流体复合制得电极片，复合中采用粘结剂，增加了层与层之间的接触内阻，使得电极片的等效串联电阻较高，且功率密度低。
【发明内容】
[0005]基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种石墨烯电极片的制备方法
[0006]本发明的技术方案如下:
[0007]一种石墨烯电极片的制备方法，包括如下步骤:
[0008]将石墨烯和离子液体混合后研磨，得到混合物，然后将混合物加入溶剂中进行超声分散，形成浓度为0.l-5mg/ml的石墨烯悬浮液；所述石墨烯与离子液体的质量体积比为
1:1-1:5 ；
[0009]将所述石墨烯悬浮液作为电解液，分别以直径为5-lOcm的相同材质的铜箔或铝箔作为阳极电极和阴极电极，将两电极平行对称放置入电解液中，两极间距为0.5-lcm,并在两电极的两端加入40-80V的直流电，电泳5-60min，取下阴极电极，干燥处理，得到石墨烯电极片。
[0010]所述石墨烯电极片的制备方法，优选，所述溶剂为水、DMF (N，N_ 二甲基甲酰胺)、DMSO (二甲基亚砜)、DMAc (N，N-二甲基乙酰胺)或NMP (N-甲基吡咯烷酮)。
[0011]所述石墨烯电极片的制备方法，优选，所述超声分散的时间为l-5h。[0012]所述石墨烯电极片的制备方法，优选，所述离子液体为咪唑类离子液体或吡咯烷类离子液体；其中，所述咪唑类离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或1- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐；所述吡咯烷类离子液体为1-甲基-丙基吡咯四氟硼酸盐或1-甲基-丙基吡咯六氟磷酸盐。
[0013]所述石墨烯电极片的制备方法，优选，所述干燥处理是在100°C的真空干燥箱中进行。
[0014]本发明还提供上述任一方法制得的石墨烯电极片。
[0015]本发明提供的石墨烯电极片的制备方法，使用离子液体能够较好的分散石墨烯，且沉积后的石墨烯，层间存在一定的离子液体，有利于改变石墨烯与电极液的相容性，有利于提高容量；通过电沉积的方法制备的电极片，可以省去复杂的涂布工艺，工艺简单，且不用粘结剂，因此能够有效的降低集流体与活性材料层之间的接触内阻，进而降低超级电容器的等效串联电阻，最终提高功率密度。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明石墨烯电极片的制备工艺流程图。
【具体实施方式】
[0017]本发明提供的一种石墨烯电极片的制备方法，由石墨烯薄膜和集流体组成，通过将石墨烯分散在离子液体中，得到稳定的石墨烯悬浮液，再将石墨烯悬浮液通过电沉积的方法沉积在集流体上，得到石墨烯电极片。
[0018]如图1所示，一种石墨烯电极片的制备工艺流程如下:
[0019](I)石墨烯悬浮液的制备:
[0020]将石墨烯和离子液体混合后用玛瑙研钵研磨5_20min，然后将混合物加入溶剂中进行超声分散l-5h,形成浓度为0.l-5mg/ml的石墨烯悬浮液；
[0021]其中，溶剂可以是水、DMF、DMSO、DMAc或NMP ;离子液体可以为咪唑类离子液体，或吡咯烷类离子液体；咪唑类离子液体有:1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐；吡咯烷类离子液体:1-甲基-丙基吡咯四氟硼酸盐、1-甲基-丙基吡咯六氟磷酸盐。
[0022](2)石墨烯电极片的制备:
[0023]将(I)中的石墨烯悬浮液作为电解液，分别以直径为5-10cm的相同材质的铜箔或铝箔作为阳极电极和阴极电极，将两电极平行对称放置入电解液中，两极间距为0.5-lcm,在量电极的两端加入40-80V的直流电，电泳5-60min，将阴极电极取下，在100°C的真空干燥箱中干燥，得到石墨烯电极片。
[0024]本发明提供的石墨烯电极片的制备方法，使用离子液体能够较好的分散石墨烯，且沉积后的石墨烯，层间存在一定的离子液体，有利于改变石墨烯与电极液的相容性，有利于提高容量；通过电沉积的方法制备的电极片，可以省去复杂的涂布工艺，工艺简单，且不用粘结剂，因此能够有效的降低集流体与活性材料层之间的接触内阻，进而降低超级电容器的等效串联电阻，最终提高功率密度。
[0025]下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。[0026]实施例1
[0027]本发明合成的石墨烯电极片的制备工艺流程如下:
[0028](I)石墨烯悬浮液的制备:将Ig石墨烯，Igl-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，混合后用玛瑙研钵研磨5min，然后将混合物加入DMF溶剂中进行超声分散5h，形成浓度为
0.lmg/ml的石墨烯悬浮液。
[0029](2)石墨烯电极片的制备:将(I)中的石墨烯悬浮液作为电解液，取两个5cm直径的铜箔分别作为阳极电极和阴极电极，将两电极平行对称放置入电解液中，两电极极间距为0.5cm，在电极的两端加入40V的直流电，电泳5min，将作为阴极的铜箔取下，在100°C的真空干燥箱中干燥，得到石墨烯电极片。
[0030]实施例2
[0031](1)石墨烯悬浮液的制备:将Ig石墨烯，3gl-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，混合后用玛瑙研钵研磨20min，然后将混合物加入DMSO溶剂中进行超声分散5h，形成浓度为2mg/ml的石墨烯悬浮液。
[0032] (2)石墨烯电极片的制备:将(I)中的石墨烯悬浮液作为电解液，取两个直径为IOcm的铝箔分别作为阳极电极和阴极电极，将两电极平行对称放置入电解液中，两电极间距为0.5cm，在电极的两端加入80V的直流电，电泳20min，将作为阴极的铝箔其取下，在100°C的真空干燥箱中干燥，得到石墨烯电极片。
[0033]实施例3
[0034]本发明合成的石墨烯电极片的制备工艺流程如下:
[0035](I)石墨烯悬浮液的制备:将Ig石墨烯，5gl_甲基-丙基吡咯四氟硼酸盐混合后用玛瑙研钵研磨60min，然后将混合物加入NMP溶剂中进行超声分散lh，形成浓度为5mg/ml的石墨烯悬浮液。
[0036](2)石墨烯电极片的制备:将(I)中的石墨烯悬浮液作为电解液，取两个直径为IOcm的铜箔分别作为阳极电极和阴极电极，将两电极平行对称放置入电解液中，两电极间距为0.5cm，在电极的两端加入80V的直流电，电泳60min，将作为阴极的铜箔取下，在100°C的真空干燥箱中干燥，得到石墨烯电极片。
[0037]性能检测:
[0038]极片的制备:将上述电极片进行辊压:将所得的极片用辊轧机进行滚压；裁片:将辊压过的极片用打孔器打成直径为IOmm的圆形极片，准确称重。电池的组装:将隔膜及电解液按照电池制作工艺组装成超级电容器，其中隔膜为Celgard2000，电解液为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐溶液，组装完成后静置一天进行恒流充放电试验，其中电压范围为0-3.0V,电流为lA/g进行恒流充放电。
[0039]表1为实施例(1)至(3)进行电化学测试结果。
[0040]表1
[0041]
【权利要求】
1.一种石墨烯电极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 将石墨烯和离子液体混合后研磨，得到混合物，然后将混合物加入溶剂中进行超声分散，形成浓度为0.l-5mg/ml的石墨烯悬浮液；所述石墨烯与离子液体的质量比为1:1_1:5 ； 将所述石墨烯悬浮液作为电解液，分别以直径为5-lOcm的相同材质的铜箔或铝箔作为阳极电极和阴极电极，将两 电极平行对称放置入电解液中，两极间距为0.5-lcm，并在两电极的两端加入40-80V的直流电，电泳5-60min，取下阴极电极，干燥处理，得到石墨烯电极片。
2.根据权利要求1所述的石墨烯电极片的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水、N, N- 二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N, N- 二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。
3.根据权利要求1所述的石墨烯电极片的制备方法，其特征在于，所述超声分散的时间为l_5h。
4.根据权利要求1所述的石墨烯电极片的制备方法，其特征在于，所述离子液体为咪唑类离子液体或吡咯烷类离子液体。
5.根据权利要求4所述的石墨烯电极片的制备方法，其特征在于，所述咪唑类离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。
6.根据权利要求4所述的石墨烯电极片的制备方法，其特征在于，所述吡咯烷类离子液体为1-甲基-丙基吡咯四氟硼酸盐或1-甲基-丙基吡咯六氟磷酸盐。
7.根据权利要求1所述的石墨烯电极片的制备方法，其特征在于，所述干燥处理是在100°C的真空干燥箱中进行。
8.—种权利要求1至7任一所述方法制得的石墨烯电极片。
【文档编号】H01G11/86GK103903878SQ201210572476
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月26日 优先权日:2012年12月26日
【发明者】周明杰, 吴凤, 王要兵, 钟玲珑 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司